KR102476583B1

KR102476583B1 - 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프의 제어 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR102476583B1
Application number: KR1020187006869A
Authority: KR
Inventors: 하우케 호른; 얀 에거만; 디터 만니겔
Original assignee: 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2022-12-12
Also published as: KR20180066035A; EP3362664B1; EP3362664A1; WO2017064307A1; DE102015117592A1; CN108138670B; CN108138670A; US10533488B2; US20180306100A1

Abstract

본 발명은 내연기관을 위한 과급 가스(9)를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로(3)에서 냉각제 이송 펌프(7)를 제어하기 위한 방법(27)에 관한 것이며, 상기 방법은, 과급 가스(9)와 냉각제 간에 열을 교환하도록 형성된 열 교환기(13) 내로의 과급 가스(9)의 유입 온도(51)를 수신받는 단계(29)와; 과급 가스(9)의 유입 온도(51, T21) 및 열 교환기(13)에서 배출되는 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(T22soll)를 기반으로 목표 냉각 용량(21)을 산출하는 단계(31)와; 목표 냉각 용량(21)의 시간별 변량(23)을 결정하는 단계(33)와; 목표 냉각 용량(21) 및 이 목표 냉각 용량의 시간별 변량(23)을 기반으로 펌프(7)를 위한 제어 신호(25)를 공급하는 단계(35);를 포함한다.

Description

과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프의 제어 방법 및 그 장치

본 발명은 내연기관을 위한 과급 가스(charging gas)를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

내연기관에서는 연료의 연소를 위해, 가스, 예컨대 (압축된) 공기 및 선택적으로 배기가스도 내연기관의 연소실(예: 하나 또는 복수의 실린더)로 공급된다. 연료의 연소를 위해 내연기관으로 공급되는 가스는 하기에서 과급 가스라고도 지칭되고, 공기, 특히 압축된 공기뿐 아니라 배기가스도 함유할 수 있다. 높은 연소도(degree of combustion)를 달성하기 위해, 과급 가스의 온도를 정해진 온도 이하로 유지함으로써 과급 가스의 소정의 임계값 밀도를 달성할 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 주변 영향들, 및/또는 과급 가스에 첨가 혼합된 배기가스로 인해 과급 가스의 온도는 강하게 변동할 수 있으며, 특히 요구되는 주행 토크 및/또는 주행 출력에 따라 빠르게 변동할 수 있고, 예컨대 50밀리초 내지 0.5초의 범위에서 2 내지 10의 배수만큼 변동할 수 있다.

내연기관의 연소실 내로 과급 가스를 공급하기 전에 과급 가스를 냉각하기 위해, 종래 기술에서는 과급 가스 냉각 시스템이 이용된다. 이 경우, 과급 가스가 순환하는 열 교환기를 통해, 펌프에 의해 이송되는 냉각제가 관류하며, 이 냉각제는 나아가 차량 냉각기, 특히 냉각제를 냉각하기 위한 저온 냉각기를 관류한다.

종래의 과급 공기 냉각 시스템들에서는, 열 교환기와의 열 교환 후 배출되는 과급 가스가, 특히 주행 출력 요구의 변동이 심할 경우, 상대적으로 높은 온도에 도달할 수 있다. 이 경우, 심지어는 과급 공기 냉각기의 배출구에서 냉각제의 비등(boiling)이 발생할 수 있다.

상기 문제를 감소시키기 위해, 종래 기술에서는 PID 제어기를 포함한 모델 기반 파일럿 제어가 이용되었다.

그러나 종래에 수행된 방법들은 전형적으로 더디고 늦은 냉각 보정만을 달성하며, 그 결과로 냉각제는 특히 동적 부하 영역들에서, 다시 말해 시간상 빠르고 양적으로 강하게 변동하는 주행 출력 요구가 있을 시, 비등 또는 분출(boil-out)될 수 있다. 부분적으로 종래 기술에서는 대개 흡기관 온도의 모니터링 및/또는 흡기관 온도의 제어를 생략하였다.

과급 공기의 너무 높은 온도로 인해, 내연기관의 연소실들 내부에서의 연소는 모든 조건에서 최적으로 수행 및/또는 제어될 수 없다. 과급 공기 온도가 너무 낮으면, AGR 컨셉의 경우 과급 가스 냉각기의 이슬점 하회 및 이에 수반된 그을음(soot)이 발생한다. 그러므로 냉각제 펌프에 의해, 경험적으로 결정된 과급 가스 목표 온도로 조절된다.

그러므로 본 발명의 과제는, 내연기관을 위한 과급 가스를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법 및 그 장치를 제공하는 것이며, 특히 과급 가스의 온도가 종래 기술에서 현재 가능한 것보다 더 정확하게 설정될 수 있게 하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들에 따른 방법 및 장치를 통해 해결된다. 종속 청구항들에는 본 발명의 특별한 실시예들이 명시되어 있다.

본 발명의 일 양태에 따라서, 내연기관을 위한 과급 가스를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은:

과급 가스와 냉각제 간에 열을 교환하도록 형성된 열 교환기 내로의 과급 가스의 유입 온도를 수신받는 단계와(오직 질량 유량만을 기반으로 한 구현도 가능),

과급 가스의 유입 온도 및 열 교환기에서 배출되는 과급 가스의 목표 배출 온도를 기반으로 목표 냉각 용량을 산출하는 단계와,

목표 냉각 용량의 시간별 변량을 결정하는 단계와,

목표 냉각 용량 및 이 목표 냉각 용량의 시간별 변량을 기반으로 펌프를 위한 제어 신호를 공급하는 단계;를 포함한다.

본원의 방법은 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 통해 구현될 수 있다. 본원의 방법은 특히 프로세서에 로딩되어 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램을 통해 구현될 수 있다. 냉각제는 특히 종래의 액상 냉각제를 포함할 수 있다. 제어 신호를 이용하여 펌프가 자신의 이송 용량(예: 냉각제의 질량 유량)과 관련하여 제어될 수 있다. 제어 신호는 예컨대 전기 신호 및/또는 광학 신호 및/또는 기계적 신호를 포함할 수 있다. 과급 가스 냉각 회로는, 반드시 원형으로 형성될 필요가 없고 임의적인 기하구조를 갖는 섹션들, 예컨대 직선 섹션들 및/또는 만곡 섹션들을 포함할 수 있는 복수의 라인 섹션을 포함할 수 있다.

과급 가스는 주변 공기 및/또는 (터보차저를 통해) 압축된 주변 공기 및/또는 내연기관에서 배출된 배기가스를 포함할 수 있다. 열 교환기 내로의 과급 가스의 유입 온도는 열 교환기 내로의 유입 전 과급 공기의 온도로서 간주할 수 있다. 유입 온도는 측정되거나, 시뮬레이션을 통해 결정되거나, 또는 다른 방식으로 추정될 수 있다. 열 교환기는 대형 (내부 및 외부) 표면을 구비한 라인 메쉬 구조(line-mesh structure)를 포함할 수 있고, 이 경우 과급 가스는 열의 교환을 위해 라인 시스템 및/또는 라인망의 표면을 스쳐 지나가며, 라인 시스템의 내부에서는 냉각제가 과급 가스 냉각 회로 내에서 유동한다.

목표 냉각 용량의 산출 단계는, 과급 가스의 유입 온도 및 과급 가스의 목표 배출 온도를 고려하는 산술적 및/또는 논리적 계산 단계들을 포함한다. 과급 가스의 목표 배출 온도는 고정 설정된 값 및/또는 가변 값을 취할 수 있다. 목표 배출 온도는, 내연기관의 연소실들 내부에서 연료의 최적의 연소가 수행될 수 있도록 선택될 수 있다. 목표 냉각 용량은 일반적으로

로 산출될 수 있다. 상기 식에서, 질량 유량은 m _f 이고, 가스의 비열용량(specific heat capacity)는 c _p 이며, 가스 유입 온도와 과급 가스의 목표 배출 온도 간 온도차는 ΔT이다.

과급 가스의 유입 온도는 내연기관을 장착한 차량의 작동 동안 강하고 빠르게 변동될 수 있다. 또한, 과급 가스 질량 유량도 차량을 구동하는 내연기관의 작동 동안 강하게 변동될 수 있다. 목표 냉각 용량은 특히 열 교환을 위해 열 교환기를 통해 안내되는 과급 가스 질량 유량을 기반으로 해서도 결정될 수 있고, 그리고/또는 산출될 수 있다. 목표 냉각 용량은 연속 (아날로그) 신호로서, 또는 디지털 (이산) 신호로서 산출될 수 있다. 유입 온도는 연속 (아날로그) 신호로서, 또는 디지털 (이산) 신호로서 시간에 따라 수신될 수 있다. 목표 냉각 용량의 시간별 변량은 아날로그 회로 또는 디지털 회로를 통해 결정될 수 있다. 특히 유입 온도의 시간별 프로파일이 수신될 수 있고 목표 냉각 용량의 시간별 프로파일은 유입 온도의 시간별 프로파일 및 (예컨대 일정한) 목표 배출 온도를 기반으로 산출될 수 있다. 목표 냉각 용량의 시간별 변량도 역시 목표 냉각 용량의 산출된 시간별 프로파일로부터 결정될 수 있다. 펌프를 위한 제어 신호의 공급을 위한 (목표 냉각 용량의 고려 외에) 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 고려는, 과급 가스 냉각 회로 내 냉각제의 분출을 효과적으로 방지할 수 있게 한다. 분출을 방지하기 위해, 본 발명의 실시예에 따라서 조기에 펌프 듀티 사이클이 상승될 수 있으며, 다시 말하면 펌프의 이송 용량이 약간 상승될 수 있다.

따라서, 제안한 방법의 적용을 통해 냉각제의 과열이 방지될 수 있고 그 결과로서 내연기관이 모든 주변 조건에서 더 효과적으로 작동될 수 있다.

제어 신호의 공급 단계는 구형파 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 구형파 신호의 듀티 사이클은 목표 냉각 용량 및 이 목표 냉각 용량의 시간별 변량을 기반으로 결정된다. 펌프는, 펌프의 이송 용량을 조정하기 위해, 구형파 신호에 의해 교호적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. 이 경우, 듀티 사이클은 0%와 100% 사이에서 변동할 수 있고, 이때 100%의 듀티 사이클은 펌프의 연속 작동에 상응할 수 있으며, 0%의 듀티 사이클은 펌프의 작동 중지에 상응할 수 있음으로써 냉각제가 이송되지 않다. 그에 따라, 종래에 가용한 펌프들은 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.

목표 냉각 용량의 시간별 변량의 결정 단계는, 각각 예컨대 10㎳와 500㎳ 사이의 시간 간격을 갖는 제1 목표 냉각 용량 및 제2 목표 냉각 용량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 목표 냉각 용량은 연속적으로 아날로그 또는 디지털 신호의 형태로 산출될 수 있다. 또한, 본원의 방법은 제1 목표 냉각 용량과 제2 목표 냉각 용량 간의 차를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 그에 따라, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 결정을 위한 간단한 방법론이 수행될 수 있으며, 이는 본원 방법의 구현을 간소화할 수 있다.

또한, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 결정 단계는 상기 차와 시간 간격의 비율을 계산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그에 따라, 이산 방식으로, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 적합한 지표일 수 있는 차분몫(difference quotient)이 산출될 수 있다.

또한, 제어 신호의 공급 단계는 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 시간별 프로파일을 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 상기 시간별 프로파일은 다시, 사전에 수신되었거나 산출된 목표 냉각 용량의 시간별 프로파일을 기반으로 할 수 있다. 그에 따라 목표 냉각 용량의 시간별 변량들의 (시간) 시퀀스가 결정될 수 있으며, 상기 시간별 프로파일은 [예컨대 결정 인공물들(determining artefact) 또는 측정 인공물들(measuring artefact)에 의한] 노이즈를 포함할 수 있다. 본원 방법의 견고성을 향상시키기 위해, 저역 통과 필터링을 통해 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 시간별 프로파일에서 노이즈가 감소할 수 있다. 또한, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 프로파일은, 목표 냉각 용량의 필터링된 시간 미분을 얻기 위해, 추가로 저역 통과 필터링될 수 있다. 저역 통과 필터링 시, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 프로파일의 고주파수(빠른 시간별 변량)의 진폭이 감소할 수 있다. 저역 통과 필터링의 시간 상수는 특정 용례에 따라 선택될 수 있고, 주변 온도에 따라 200㎳ 이상 2000㎳ 이하일 수 있다.

또한, 제어 신호는 목표 냉각 용량 및 이 목표 냉각 용량의 필터링된 시간별 변량을 기반으로 결정될 수 있다. 그에 따라, 제어 신호는 신뢰성 있는 방식으로 결정될 수 있다. 또한, 목표 냉각 용량도 본 발명의 또 다른 실시예들에 따라서 저역 통과 필터링될 수 있고, 저역 통과 필터링된 목표 냉각 용량은 제어 신호의 결정을 위해 고려될 수 있다. 목표 냉각 용량은 보통 500㎳로 필터링된다.

(제1 목표 냉각 용량과 제2 목표 냉각 용량 간의) 시간 간격 및/또는 저역 통과 필터링의 한계 주파수는 주변 온도에 따라서 조정될 수 있다. 그에 따라, 과급 가스 냉각의 신뢰성을 더욱 향상시키기 위해, 펌프의 제어가 주변 온도에 따라서도 결정될 수 있다.

또한, 제어 신호의 공급 단계는 추가로 하기 단계들:

목표 냉각 용량 및 주변 온도 또는 냉각제 온도를 기반으로 제1 신호를 결정하는 단계로서, 목표 냉각 용량이 상승함에 따라 제1 신호가 상승하는, 단계와,

PID 제어기를 이용하여, 과급 가스의 목표 배출 온도와 열 교환기에서 배출되는 과급 가스의 실제 배출 온도 간의 차를 기반으로 제2 신호를 결정하는 단계와,

목표 냉각 용량의 필터링된 시간별 변량을 기반으로 제3 신호를 결정하는 단계와,

제어 신호를 얻기 위해, 제1 신호, 제2 신호 및 제3 신호를 가산하는 단계 을 포함할 수 있다.

제어 장치의 제1 모듈은 제1 신호를 결정할 수 있고, 제2 모듈은 제2 신호를 결정할 수 있으며, 제3 모듈은 제3 신호를 결정할 수 있다. 모듈들은 예컨대 다양한 하드웨어 모듈들 및/또는 소프트웨어 모듈들로서, 또는 모듈 내부에서의 계층 구조들(hierarchies)로서 구현될 수 있다. 특히 총 3개의 모듈 또는 계층 구조는 입력 변수들로서 주변 온도, 가스 유입 온도, 목표 배출 온도값 및 과급 가스 질량 유량을 수신할 수 있다. 제1 신호는 예컨대 목표 냉각 용량에 (실질적으로) 비례하는 방식으로 결정될 수 있다. PID 제어기는 비례 소자, 적분 소자 및 미분 소자를 포함할 수 있고, 이들 소자는 각각 과급 가스의 목표 배출 온도와 과급 가스의 실제 배출 온도 간의 차를 수신한다. 그러나 PID 제어기가 입력 변수로서 목표 냉각 용량 또는 이 목표 냉각 용량으로부터 도출되는 변수는 포함하지 않아야 한다. 제1 신호, 제2 신호 및 제3 신호를 송출하는 상이한 모듈들로의 분할을 통해, 본원 방법의 관리 및 본원 방법의 신뢰성도 향상될 수 있다. 신호들, 다시 말해 제1 신호, 제2 신호 및 제3 신호는 예컨대 전기 및/또는 광학 신호들을 포함할 수 있다. 본원 방법의 수행을 위해 연산/논리 유닛이 이용될 수 있다.

또한, 제3 신호의 결정 단계는 추가로 주변 온도를 기반으로 할 수 있으며, 제3 신호의 진폭은 주변 온도가 영하일 때 그리고/또는 주변 온도가 30℃를 초과할 때, 주변 온도가 0℃와 20℃ 사이일 때보다 덜 상승한다. 그에 따라, 효과적인 진폭 보정(amplitude correction)이 수행될 수 있고 제3 신호는 특히 주변 온도가 0℃와 20℃ 사이일 때 제1 신호 및 제2 신호에 상대적으로 더 큰 가중치를 가질 수 있다. 0℃와 20℃ 사이의 주변 온도 범위에서는 즉각 냉각제의 과열 또는 비등의 위험이 높아질 수 있다. 이런 위험은 상기 주변 공기 온도 범위에서 제3 신호를 더 높게 평가하는 것을 통해 약화될 수 있다.

또한, 목표 냉각 용량의 산출 단계는 추가로 과급 가스의 질량 유량을 기반으로 할 수 있다. 질량 유량은, 열 교환기를 경유하여 유동하는 시간당 과급 가스의 질량(또는 예컨대 입자 수)으로서 정의될 수 있다. 또한, 질량 유량은 시간별 프로파일에서도 산출(측정, 시뮬레이션 또는 추정)될 수 있다. 과급 가스의 질량 유량은 동적 주행 출력 요구들로 인해 극심한 일시적 변동을 겪을 수 있다. 그에 따라, 과급 가스 질량 유량은 냉각제의 온도에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 그러나 펌프의 제어 시 가스 질량 유량이 고려되면, 냉각제가 요청 온도 범위 내에서 유지될 수 있다.

내연기관을 위한 과급 가스를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법과 관련하여 설명되거나, 기술되거나, 이용된 특징들은 본 발명의 실시예들에 따라 내연기관을 위한 과급 가스를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 장치에도 똑같이 적용되거나 이용되거나 제공될 수 있고, 그 역의 경우도 마찬가지이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 내연기관을 위한 과급 가스를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 방법을 실행하도록 형성된다.

본원의 장치는 예컨대 엔진 제어 장치 내에 예컨대 소프트웨어 모듈로서, 그리고/또는 하드웨어 모듈로서 포함될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 실행하도록 형성된, 본 발명의 일 실시예에 따라 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 장치를 포함하는 과급 가스 냉각 회로의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 실행을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법의 모듈들의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법에서 이용되는 모듈의 개략도이다.

도 1에 개략적으로 도시된 과급 가스 냉각 시스템(1)은 과급 가스 냉각 회로(3)와; 본 발명의 일 실시예에 따라 내연기관용 과급 가스(9)를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로(3)에서 냉각제 이송 펌프(7)를 제어하기 위한 장치(5);를 포함하며, 상기 장치(5)는 본 발명의 일 실시예에 따라 과급 가스 냉각 회로에서 냉각제 이송 펌프를 제어하기 위한 방법을 실행하도록 형성된다.

과급 가스 냉각 회로(3)는 복수의 라인 섹션(11)을 포함하며, 이들 라인 섹션 내로 펌프(7)에 의해 냉각제가 이송 방향(14)을 따라 이송될 수 있다. 이송 방향(14)은 그 반대 방향을 향할 수도 있다. 과급 가스 냉각 회로(3)는 상세하게 도시되어 있지 않은, 냉각제가 그 내부에서 안내될 수 있는 라인 시스템을 구비한 열 교환기(13)를 포함한다. 열 교환기(13)의 라인 시스템은 상대적으로 큰 외부 표면을 가지며, 이 외부 표면을 통해 (냉각되지 않은) 과급 가스(9)는, 냉각되지 않은 과급 가스(9) 내에 포함된 열의 일부분을 열 교환기(13)를 관류하는 냉각제로 방출한 냉각된 과급 가스(15)를 배출하기 위한 열 교환을 위해 안내될 수 있다. 또한, 냉각제는 추가로 저온 냉각기(17)를 통해 안내되며, 이 저온 냉각기 내에서 냉각제는 다시 자신의 열의 일부를 저온 냉각기(17)를 통해 주변 환경으로 방출할 수 있다.

본원의 장치(5)는 열 교환기(13) 내로의 과급 가스(9)의 유입 온도(T21)를 나타내는 신호(19)를 수신받는다. 또한, 본원의 장치(5)는 과급 가스(9)의 유입 온도(T21), 열 교환기(13)에서 배출되는 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(T22soll) 및 과급 가스(9)의 총 질량 유량을 기반으로 목표 냉각 용량(21)을 산출한다. 또한, 본원의 장치는 도면부호 "23"으로 표시된 목표 냉각 용량의 (특히 필터링된) 시간별 변량을 결정한다. 목표 냉각 용량(21) 및 이 목표 냉각 용량(23)의 시간별 변량을 기반으로, 본원의 장치(5)는, 펌프(7)를 그 이송 용량과 관련하여 제어하기 위해, 펌프(7)를 위한 제어 신호(25)를 공급한다.

본원의 장치(5)에 의해 수행되는 방법(24)은 도 2에 블록선도로서 도시되어 있다. 방법 단계(29)에서, 본원의 방법은 과급 가스와 냉각제 간에 열을 교환하도록 형성된 열 교환기 내로의 과급 가스의 유입 온도를 수신받는 단계를 포함한다. 방법 단계(31)에서, 본원의 방법은 과급 가스의 유입 온도 및 열 교환기에서 배출되는 과급 가스의 목표 배출 온도(T22soll)를 기반으로 목표 냉각 용량을 산출하는 단계를 포함한다. 방법 단계(33)에서, 본원의 방법은 목표 냉각 용량의 시간별 변량을 결정하는 단계를 포함하며, 방법 단계(35)에서 본원의 방법은 목표 냉각 용량 및 이 목표 냉각 용량의 시간별 변량을 기반으로 펌프를 위한 제어 신호를 공급하는 단계를 포함한다.

과급 가스 냉각 회로(3)의 냉각제의 과열을 방지하고 비등을 피하기 위해, 최대한 일찍 펌프(7)를 위한 제어 신호(25)의 펌프 듀티 사이클이 상승되어야 한다. 펌프 듀티 사이클의 상승은 본 발명의 일 실시예에 따라서 목표 냉각 용량(21)의 필터링된 미분을 통해 실현된다. 그에 따라, 목표 냉각 용량의 필터링된 시간 미분은 펌프 듀티 사이클을 정의할 수 있으며, 특히 제어 신호(25)를 정의할 수 있다.

본원의 장치(5)는 도 3에 개략적으로 도시된 모듈들[예: 소프트웨어 및/또는 하드웨어 모듈들(37, 39 및 41)], 및 가산 소자(43)를 포함한다. 파일럿 제어 모듈(37)은 입력 신호들(45)을 수신받고, 제어 모듈(41)은 입력 신호들(47)을 수신받으며, 보정 모듈(39)은 입력 신호들(49)을 수신받는다. 특히 입력 신호들(45, 47 및 49)은 유사하거나 동일한 입력 신호들을 포함할 수 있다. 특히 입력 신호들(49)은 과급 가스(9)의 유입 온도의 신호(51), 열 교환기(13)에서 배출되는 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(T22soll)의 신호(53), 과급 가스(9 또는 15)의 총 질량 유량의 신호(55), 보정(예: T22-제어 편차, 또는 주변 온도와 T22soll 간의 온도차)의 신호(57), 및 공기의 주변 온도의 신호(59)를 포함한다.

파일럿 제어 모듈(37)은, 입력 신호로서도 목표 냉각 용량을 수신받을 수 있다. 제어 모듈(41)은 특히 PID 제어기를 포함할 수 있으며, 이 PID 제어기는 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(T22soll)와 실제 배출 온도(T22) 간의 차가 최소가 되도록 출력 신호를 결정한다.

파일럿 제어 모듈은, 목표 냉각 용량(21) 및 [신호(59)로부터 공지된] 주변 온도를 기반으로, 특히 목표 냉각 용량(21)이 상승함에 따라 함께 상승하는 제1 신호(61)를 결정한다. 제어 모듈(41)은, 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(T22soll)와 열 교환기(13)에서 배출되는 과급 가스(15)의 실제 배출 온도(T22) 간의 차를 기반으로 제2 신호(63)를 결정한다. 보정 모듈(39)은 목표 냉각 용량(21)의 필터링된 시간별 변량(23)을 기반으로 제3 신호(65)를 결정한다. 제1 신호(61), 제2 신호(63) 및 제3 신호(65)는, 펌프(7)로 공급될 제어 신호(25)를 얻기 위해, 가산 소자(43)에 의해 가산된다.

도 4에는, 본원의 장치(5) 내에 [예컨대 모듈들(37 및 41)과 함께] 포함될 수 있는 보정 모듈(39)의 일 실시예가 개략도로 도시되어 있다.

과급 가스(9)의 유입 온도의 입력 신호(51)에서 감산 소자(67)에 의해 목표 배출 온도[신호(53, T22soll)]가 감산된다. 그 결과는, 곱셈 소자(69)에 의해, 총 질량 유량의 신호(55)와 곱해진다. 곱셈의 결과는 목표 냉각 용량(21)이다. 미분 및 필터 모듈(71)은 목표 냉각 용량(21)에서, 특히 목표 냉각 용량의 시간별 프로파일에서, 또는 다양한 시점들에 상응하는 목표 냉각 용량들의 시퀀스에서 목표 냉각 용량의 필터링된 시간 미분(24)을 결정한다. 이를 위해, 처리 모듈(71)은 동적 보정(73)에 의해 보정된 주변 온도의 신호(59)를 입력치로서 수신받는다. 또한, 상기 미분 및 필터 모듈(71)은 이 미분 및 필터 모듈(71)의 구성을 위한 추가 매개변수들(75)을 수신받는다. 매개변수들(75)은 동적 보정(73)처럼 주변 온도에 따라서 변동할 수 있다. 목표 냉각 용량(21)의 필터링된 시간별 변량(24)은 보정 계수의 신호(57)와 함께 기본 특성 맵(77) 내로 입력되며, 이 기본 특성 맵은 실질적으로 목표 냉각 용량(21)의 필터링된 시간별 변량(24) 및 보정 입력(57)의 1차원으로의 매핑을 수행한다. 기본 특성 맵(77)의 출력치는 곱셈 소자(79)에 의해, 진폭 보정 소자(81)를 통해 수정된 후의 주변 온도 신호(59)와 곱해진다. 곱셈 소자(79)의 출력치는 도 3의 가산 소자(65)에서 출력되는 펌프 제어 신호(25)를 나타낸다.

열 교환기(13)는, 흡기관 통합형 과급 공기 냉각기(SiLLK)일 수 있다. 과급 가스(9)의 유입 온도[신호(51)]는 측정될 필요가 없고, 추정될 수 있거나 시뮬레이션을 통해 결정될 수 있다. 또한, 이송 펌프(7)는 기울기(gradient)가 제한될 수 있기 때문에, 이송 펌프(7)의 이송 용량의 변량은 기울기 임계값 미만으로 유지된다. 과급 가스의 유입 온도(T21)는 예컨대 180℃와 100℃ 사이일 수 있다. 목표 배출 온도(T22soll)는 예컨대 10℃와 55℃ 사이일 수 있고, 특히 약 45℃일 수 있다. 냉각제의 끓음 또는 비등이 발생하기 전 최대 냉각제 온도는 약 130℃일 수 있다. 총 질량 유량[신호(55)]은 예컨대 100㎳ 이내의 동적 주행 범위 내에서 최대 10배수만큼 변동될 수 있다. 냉각제의 온도는 본 발명의 실시예에 따라 직접 측정될 필요가 없으며, 주변 온도를 통해 추정된다.

1: 과급 가스 냉각 시스템
3: 과급 가스 냉각 회로
5: 냉각제 이송 펌프의 제어 장치
7: 냉각제 이송 펌프
9: 유입되는 과급 가스
11: 라인 섹션
13: 열 교환기
14: 이송 방향(이는 반대 방향도 가리킬 수 있음)
15: 배출되는 과급 가스
17: 저온 냉각기
19: 가스 유입 온도의 신호
21: 목표 냉각 용량
23: 목표 냉각 용량의 시간별 변량
24: 목표 냉각 용량의 필터링된 시간별 변량
25: 이송 펌프를 위한 제어 신호
27: 방법
29, 31, 33, 35: 방법 단계
37: 제1 모듈
41: 제2 모듈
39: 제3 모듈
43: 가산 소자
45, 47, 49: 입력 신호
51: 과급 가스의 유입 온도의 신호
53: 목표 배출 온도의 신호
55: 과급 가스 질량 유량의 신호
57: 보정의 신호
59: 주변 온도의 신호
61: 제1 신호
63: 제2 신호
65: 제3 신호
67: 감산 소자
69: 곱셈 소자
71: 필터 및 미분 모듈
73: 동적 보정
75: 입력 매개변수
77: 기본 특성 맵
79: 곱셈 소자
81: 진폭 보정

Claims

내연기관을 위한 과급 가스(9)를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로(3)에서 냉각제 이송 펌프(7)를 제어하기 위한 방법(27)이며, 상기 방법은,
과급 가스(9)와 냉각제 간에 열을 교환하도록 형성된 열 교환기(13) 내로의 과급 가스(9)의 유입 온도(51)를 수신받는 단계(29);
과급 가스(9)의 유입 온도(51, T21) 및 열 교환기(13)에서 배출되는 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(T22soll)를 기반으로 목표 냉각 용량(21)을 산출하는 단계(31);
목표 냉각 용량(21)의 시간별 변량(23)을 결정하는 단계(33); 및
목표 냉각 용량(21) 및 이 목표 냉각 용량의 시간별 변량(23)을 기반으로 펌프(7)를 위한 제어 신호(25)를 공급하는 단계(35)를; 포함하고,
제어 신호(25)의 공급 단계는,
목표 냉각 용량의 시간별 변량(23)의 시간별 프로파일을 결정하는 단계와,
목표 냉각 용량(21)의 필터링된 시간별 변량(24)을 얻기 위해, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 프로파일을 저역 통과 필터링하는 단계와 - 저역 통과 필터링의 한계 주파수는 주변 온도(59)에 따라서 조정됨 -,
목표 냉각 용량(21) 및 이 목표 냉각 용량의 필터링된 시간별 변량(24)을 기반으로 제어 신호(25)를 결정하는 단계를 포함하는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
제1항에 있어서, 제어 신호(25)의 공급 단계는 구형파 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 구형파 신호의 듀티 사이클은 목표 냉각 용량(21) 및 이 목표 냉각 용량의 시간별 변량(23)을 기반으로 결정되는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 목표 냉각 용량의 시간별 변량의 결정 단계는, 각각 10㎳와 500㎳ 사이의 시간 간격을 갖는 제1 목표 냉각 용량 및 제2 목표 냉각 용량을 산출하는 단계와,
제1 목표 냉각 용량과 제2 목표 냉각 용량 간의 차를 결정하는 단계를 포함하는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
제3항에 있어서, 목표 냉각 용량의 시간별 변량(23)의 결정 단계는 상기 차와 시간 간격의 비율을 계산하는 단계를 포함하는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
삭제
제3항에 있어서, 시간 간격은 주변 온도(59)에 따라서 조정되는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
제1항에 있어서, 제어 신호의 공급 단계는,
목표 냉각 용량(21) 및 주변 온도(59) 또는 냉각제 온도를 기반으로 제1 신호(61)를 결정하는 단계로서, 목표 냉각 용량이 상승함에 따라 제1 신호가 상승하는, 단계와,
PID 제어기를 이용하여, 과급 가스(15)의 목표 배출 온도(53, T22soll)와 열 교환기(13)에서 배출되는 과급 가스(15)의 실제 배출 온도(T22) 간의 차를 기반으로 제2 신호(63)를 결정하는 단계와,
목표 냉각 용량의 필터링된 시간별 변량(24)을 기반으로 제3 신호(65)를 결정하는 단계와,
제어 신호(25)를 얻기 위해 제1 신호, 제2 신호 및 제3 신호를 가산하는 단계를 포함하는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
제7항에 있어서, 제3 신호(65)의 결정 단계는 추가로 주변 온도(59)를 기반으로 하며, 상기 제3 신호의 진폭은, 주변 온도가 영하일 때 그리고 주변 온도가 30℃를 초과할 때, 주변 온도가 0℃와 20℃ 사이일 때보다 덜 상승하는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 목표 냉각 용량(21)의 산출 단계는 추가로 과급 가스(9)의 질량 유량(55)을 기반으로 하는, 냉각제 이송 펌프의 제어 방법.
내연기관을 위한 과급 가스(9)를 냉각하기 위한 과급 가스 냉각 회로(3)에서 냉각제 이송 펌프(7)를 제어하기 위한 장치(5)이며, 상기 장치는 제1항 또는 제2항에 따른 방법(27)을 실행하도록 형성되는, 냉각제 이송 펌프의 제어 장치(5).